陳泓騰

(福建省龍巖市水利電力工程有限公司，福建 龍巖 364000)

1 工程及TBM選型概述

龍巖市萬安溪引水工程是為解決龍巖主城區(qū)中遠(yuǎn)期供水需求、保障城市供水安全的重大民生工程，工程輸水線路線路中有15km平均埋藏深600m，采用鉆爆沒有條件設(shè)計(jì)支洞，故采用TBM法施工，剩余近20km采用鉆爆或埋地管道型式施工。綜合工程的實(shí)際情況和國內(nèi)、外已有的TBM的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合隧洞圍巖、水文地質(zhì)條件，以及隧洞段中黑云母花崗巖段長達(dá)9.5km，試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度高達(dá)226MPa等特性，選取了開敞式TBM，并創(chuàng)造性地采用了高壓水力射流與傳統(tǒng)TBM滾刀相耦合，“水刀+滾刀”的“雙刀破巖”，以降低TBM設(shè)備推力，刀具耗損，解決超硬巖石“破巖難、效率低”等問題。

2 突遇突涌水現(xiàn)場處置、卡機(jī)情況簡述

2020年12月3日2點(diǎn)4分，TBM掘進(jìn)至D25+532.3時(shí)刀盤扭矩達(dá)1300kNm，轉(zhuǎn)速20.3r/min，推力6000kN，刀盤扭矩過大，刀盤被卡、自動(dòng)保護(hù)停機(jī)，經(jīng)檢查及查看地層情況后，采用加大刀盤扭矩至1600kN·m嘗試脫困，脫困失敗后為減少刀盤阻力，多次嘗試推進(jìn)、后退操作后，TBM仍無法進(jìn)入正常的操作與掘進(jìn)狀態(tài)。3點(diǎn)50分，準(zhǔn)備再次進(jìn)刀盤檢查卡機(jī)情況，退1#主機(jī)皮帶時(shí)發(fā)現(xiàn)前部護(hù)盾處突現(xiàn)涌水及落石現(xiàn)象，隨即TBM整機(jī)被動(dòng)后退達(dá)3m，設(shè)備橋下已安裝軌道被反推擠壓變形嚴(yán)重，為避免發(fā)生人員及設(shè)備安全事故，施工單位及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，TBM緊急停機(jī)，切斷洞內(nèi)高壓電源，撤離作業(yè)人員。

3 處理方案分析

3.1 突涌水形成機(jī)理分析及地質(zhì)條件描述

經(jīng)采用三維地震波法探測破碎帶規(guī)模，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況初步推測D25+532.5m-D25+522.5m段裂隙較發(fā)育，局部巖體破碎，為掌子面構(gòu)造破碎帶影響范圍。

經(jīng)綜合分析，該段為地殼構(gòu)造活動(dòng)形成張性富水構(gòu)造帶，邊界近直立和平直的。由于掌子面圍巖失去了刀盤支撐力，地下水擊穿掌子面隔水層，同時(shí)造成掌子面與頂拱圍巖塌方，塌方體立即堵塞住刀盤，地下水壓力無處泄壓，推動(dòng)TBM整機(jī)后退。

涌水塌方段情況為：掌子面巖性為灰黑色奧陶-志留系(O-S)變質(zhì)砂巖；塌方巖體初估約40m3；穩(wěn)定涌水量每小時(shí)約600-700m3,水流清澈，水溫約25℃，水量及水壓長時(shí)間未見明顯衰減；圍巖類別為Ⅴ類，圍巖極不穩(wěn)定；涌水塌方段未見斷層特征，判斷涌水塌方段為一強(qiáng)富水構(gòu)造破碎帶。

3.2 設(shè)備檢查維護(hù)

1)經(jīng)過連續(xù)5d觀測，涌水量無明顯衰減，在保證安全的前提下，恢復(fù)洞內(nèi)低壓照明，安排人員進(jìn)洞排查TBM受損情況，制定恢復(fù)高壓通電、增加排水設(shè)備排水等一系列措施，在12月11日恢復(fù)了高壓通電。

2)組織專業(yè)人員對電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、流體系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)等進(jìn)行逐一排查故障并處理，通過對壁兩側(cè)開泄水槽工作、后退刀盤、拆1#皮帶等措施泄壓，清理內(nèi)凱、刀盤及主機(jī)段下積渣、進(jìn)入刀盤觀察刀盤前方涌水情況，修復(fù)安裝1#皮帶、油脂閥塊安裝、修復(fù)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主機(jī)皮帶機(jī)、主驅(qū)動(dòng)齒輪油等，設(shè)備能夠基本正常運(yùn)行，具備恢復(fù)掘進(jìn)處理涌水?dāng)鄬悠扑閹l件。

3.3 涌水?dāng)鄬悠扑閹幚矸桨?/h3>

根據(jù)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)結(jié)果，經(jīng)過各參建單位綜合分析，確定了采用超前支護(hù)+超前預(yù)注漿+環(huán)氧預(yù)注漿固結(jié)+徑向注漿固結(jié)+加強(qiáng)支護(hù)+TBM掘進(jìn)的處置方案

3.3.1 超前支護(hù)

超前支護(hù)采用雙層Φ32自進(jìn)式中空錨桿，長短桿結(jié)合，長桿8m、外插角15°，短桿6m、外插角10-15°。首環(huán)打設(shè)位置在護(hù)盾后面，范圍135-180°，環(huán)向間距40cm，縱向每1m打設(shè)一環(huán)，注漿材料為化學(xué)預(yù)注漿堵水、環(huán)氧預(yù)注漿固結(jié)。

3.3.2 超前化學(xué)預(yù)注漿

利用超前中空錨桿注漿，注漿以化學(xué)(聚氨酯)注漿堵水為主，配合環(huán)氧注漿固結(jié)方案。化學(xué)預(yù)注漿在內(nèi)層超前中空錨桿中注漿。

化學(xué)(聚氨酯)灌漿法就是利用機(jī)械的高壓動(dòng)力(高壓灌注機(jī))，將化學(xué)灌漿材料注入松散、破碎帶及巖體裂隙中，注漿最高壓力為10MPa，當(dāng)雙組份高聚物材料高壓輸送到注漿孔后，聚氨酯材料快速發(fā)生反應(yīng)，體積膨脹固化，自行填充脫空和滲漏水病害區(qū)域，壓實(shí)周圍松散介質(zhì)，達(dá)到治理脫空或滲漏水病害的目的，從而達(dá)到堵水的目的。

聚氨酯材料為雙組份聚氨酯材料，組份A為專用樹脂，組份B為硬化劑。兩種材料的體積配比暫定為1∶1，具體以現(xiàn)場施工情況進(jìn)行調(diào)整。實(shí)施聚氨酯注漿時(shí)，壓力達(dá)到10MPa不吸漿或施工部位不再發(fā)生漏水現(xiàn)象即可結(jié)束。

3.3.3 環(huán)氧預(yù)注漿固結(jié)

因聚氨酯化學(xué)預(yù)注漿以堵水為目的，凝結(jié)強(qiáng)度低，對軟弱、破碎、松散地質(zhì)起不到固結(jié)作用，所以在進(jìn)行超前化學(xué)預(yù)注漿后，再進(jìn)行環(huán)氧漿液注漿，環(huán)氧預(yù)注漿在外層超前中空錨桿中注漿，采用水性環(huán)氧漿液，由水性環(huán)氧樹脂和水性環(huán)氧固化劑組成，以達(dá)到固結(jié)地質(zhì)的目的。

3.3.4 徑向注漿固結(jié)

掘進(jìn)完成后進(jìn)行徑向注漿固結(jié)，采用φ32自進(jìn)式中空錨桿，長度3m，環(huán)向間距40cm，縱向間距50cm，注漿范圍暫定240°，根據(jù)現(xiàn)場揭露圍巖情況進(jìn)行調(diào)整。采用水泥-水玻璃雙液漿，P.O.42.5早強(qiáng)水泥，水灰比0.8∶1-1∶1；水玻璃模數(shù)2.6-2.8,波美度35Be；摻配比CS=0.6-1.0(體積比)。

3.3.5 TBM掘進(jìn)

超前中空錨桿注漿完成后，停止12h以后，TBM低速低壓試掘進(jìn)，經(jīng)觀察確認(rèn)無異常情況后，正常掘進(jìn)施工，每循環(huán)進(jìn)尺為1m左右，對護(hù)盾后方范圍采用立架、掛網(wǎng)、系統(tǒng)中空錨桿及注漿加固、噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)和加固，加固完成后方可進(jìn)行下一循環(huán)。

3.3.6 護(hù)盾后方加強(qiáng)支護(hù)

當(dāng)破碎圍巖暴露至護(hù)盾后方時(shí)，及時(shí)采取加固支護(hù)。主要為架立鋼拱架，采用HW125工字鋼，拱架間距30cm到50cm；拱架外采用鋼筋排布置，結(jié)合現(xiàn)場松散、破碎范圍加密布置；注漿加固；噴射C25混凝土，厚度15cm，利用TBM自帶噴漿系統(tǒng)進(jìn)行噴射施工，因TBM前方無法進(jìn)行噴混凝土作業(yè)，待TBM掘進(jìn)推進(jìn)后適當(dāng)位置再進(jìn)行噴混凝土封閉；對局部松散、破碎及易坍塌部位采用人工澆筑C30混凝土，厚度20cm，防止局部坍塌擴(kuò)大；在撐靴位置澆筑C30鋼筋混凝土，混凝土內(nèi)設(shè)Φ25雙層鋼筋網(wǎng)。

圖2 斷層處理方案施工流程圖

4 破碎帶塌腔回填及堵水施工

4.1 塌腔回填

TBM掘進(jìn)通過破碎帶時(shí)，先期僅在掌子面注漿一部分，臨時(shí)支護(hù)后緩慢通過，隨著TBM通過破碎帶，整個(gè)塌腔暴露在臨時(shí)支護(hù)上方，由于TBM前方空間狹小，施工機(jī)械無法展開對塌腔進(jìn)行灌漿回填加固，故在保證安全的前提下，繼續(xù)掘進(jìn)，待塌腔移至后配套處，再開展灌注聚氨酯材料施工，對塌腔部分進(jìn)行回填加固、堵水施工[1]。

4.2 破碎帶堵水施工

由于該段破碎帶涌水量一直沒有呈現(xiàn)明顯衰減現(xiàn)象，為減少洞內(nèi)涌水對施工影響，待TBM掘進(jìn)至錯(cuò)車平臺(tái)處再進(jìn)行堵水施工。

4.2.1 測量放樣，精確將鉆孔位置標(biāo)注在引水洞洞壁上，利用人工搭設(shè)的腳手架平臺(tái)架設(shè)好H-100型潛孔鉆，測設(shè)好偏離角度，按照序號依次進(jìn)行鉆孔作業(yè)。(注漿、泄水鉆孔順序按設(shè)計(jì)進(jìn)行)

圖3 泄水孔布置圖

圖4 注漿孔斷面圖

圖5 注漿孔布置、施工順序圖

4.2.2 注漿

利用鉆孔注漿，先將注漿鋼管伸入已鉆好的鉆孔前方，注漿以化學(xué)(聚氨酯)注漿堵水為主，水泥-水玻璃雙液漿為輔?；瘜W(xué)(聚氨酯)灌漿法就是利用機(jī)械的高壓動(dòng)力(高壓灌注機(jī))，將化學(xué)灌漿材料注入松散、破碎帶及巖體裂隙中，當(dāng)漿液遇到裂隙中的水分會(huì)迅速分散、乳化、膨脹、固結(jié)，形成膠凝體達(dá)到堵水的目的[2]。

堵水施工完后，涌水量減少約30%左右，剩余水量通過自流及集中引排方式處理。

5 結(jié) 語

隧洞內(nèi)出現(xiàn)突涌水是比較常見的地質(zhì)災(zāi)害，在TBM法施工的隧洞，遇見不良地質(zhì)條件，對施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度、費(fèi)用都將造成較大影響。萬安溪引水工程TBM工區(qū)是控制性工程，文章闡述的約8m的突涌水破碎帶處置前后施工了5個(gè)多月，通過此段的涌水處理，為后續(xù)TBM 施工突遇不良地質(zhì)條件積累了處理經(jīng)驗(yàn)：①突遇險(xiǎn)情要及時(shí)采取應(yīng)急措施，停機(jī)、撤離人員、穩(wěn)定觀測，以及應(yīng)急搶險(xiǎn)等，將損失控制到最小；②施工過程要做好預(yù)案措施，要認(rèn)真分析隧洞的區(qū)域地質(zhì)情況及當(dāng)前施工段的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況，為下一步施工方案提供依據(jù)；③做好應(yīng)對措施，制定處理涌水的施工方案，通過對各種可行的施工方案判斷風(fēng)險(xiǎn)程度，選定相對可靠、對施工進(jìn)度影響最小的方案，同時(shí)能使施工安全得到保障，投資得到有效控制。